C++静态库与动态库执行过程深入

静态库与动态库

静态库

• 基本使用

  静态库是将一组完整的功能,如一个提供了完整运算的计算器，进行封装为一个.a或.lib文件。

  使用时仅需要在使用处include这个静态库的头文件。而后在编译时添加-L与-l选项，如静态库位置在/usr/local, 名称为libmath.a

  Linux静态库命名规范，必须是”lib[your_library_name].a”：lib为前缀，中间是静态库名，扩展名为.a。

  执行命令为：g++ mycode.cpp - L /usr/local -lmath，这回使静态库被链接到最终的可执行文件中

• 缺陷

  静态库被不同的文件引用时会有多个在内存中的拷贝，可能会造成体积庞大，因此较大的文件应该尽量使用动态库；

  静态库对程序的更新、部署和发布页会带来麻烦。如果静态库更新了，所有使用它的应用程序都需要重新编译、发布给用户

动态库

或者合为一个命令：

g++ -fPIC -shared -o libdynmath.so DynamicMath.cpp

执行过程

一个程序的执行阶段都会有一个叫代码段的内存段，也就是说程序要执行哪个函数要会去代码段里面寻址，查函数地址。

那么代码段里面存的函数地址的值是怎么计算？这就是link阶段做的(其中一件)事：计算函数地址偏移量。

于是：

所谓的“静态库”就是说这个函数地址偏移量在link阶段计算好了，所以函数地址要相对整个代码段的地址在执行阶段是不变的，最终看起来每个进程“独享”函数库地址。（link阶段已经把静态库放到了最终的可执行文件中）

“动态库”就是说这个函数地址具体是多少，则是在执行阶段才计算好。(执行阶段)函数地址相对进程的内存段是会变化的。

这么做当然是有用的：对于一个内存不充足，抑或是平台开发，动态库都方便开发，不用link出庞大的二进制包，代价就是执行阶段运行会慢些。

而在跨平台，你不知道新平台是否有完善的动态库时，静态库这时候就起作用，你link出的二进制包不怕库缺失，代价就是二进制包占空间比较大，但是运行速度快。

摘自https://www.zhihu.com/question/457186986/answer/1863306428

• 静态库执行过程

  静态库如果是一个函数，那么这个函数的偏移地址是固定的。函数会复制到该进程代码段中固定偏移地址的位置，从而形成一个完整的程序

• 动态库执行过程

  1. 查找动态库：首先，进程需要知道要调用的函数在哪个动态库中。这个信息在编译阶段就已经确定了。
  2. 加载动态库：在程序运行时，动态链接器会把需要的动态库加载到内存中。
  3. 查找函数地址：当进程第一次调用某个函数时，动态链接器会在动态库中查找这个函数的地址。这个过程叫做延迟绑定。
  4. 使用GOT和PLT：为了实现延迟绑定，进程会使用两个表：全局偏移表 (Global Offset Table, GOT) 和过程链接表 (Procedure Linkage Table, PLT)。这两个表中存储了函数的地址信息。（对于模块外部引用的全局变量和全局函数，用 GOT 表的表项内容作为地址来间接寻址)
  5. 更新GOT：当函数被第一次调用时，动态链接器会把函数（不在代码段中）的真实地址写入GOT。之后的调用就可以直接从GOT中读取地址，而不需要再次查找。